De ce titanul are o mare afinitate pentru corpul uman?

Principalul motiv pentru utilizarea frecventă a titanului în corpul uman este biocompatibilitatea titanului și a suprafețelor bioactive modificate la suprafață. Caracteristicile suprafeței care afectează biocompatibilitatea sunt proprietățile suprafeței rezistența la locul spațial, locurile de legare și hidrofobicitatea (umezirea). Aceste caracteristici sunt optimizate pentru a produce răspunsul celular dorit. Unele implanturi medicale, precum și părți ale instrumentelor chirurgicale sunt acoperite cu nitrură de titan. Titanul este considerat cel mai bun metal biocompatibil datorită rezistenței sale la coroziune de către fluidele corporale, inerției biologice, capacității de osteointegrare și limită mare de oboseală. Capacitatea titanului de a rezista mediului dur al corpului este rezultatul formării naturale a unei pelicule de oxid protector în prezența oxigenului. Pelicula de oxid aderă puternic, este insolubilă și impermeabilă chimic, împiedicând metalul să reacționeze cu mediul înconjurător. Se crede că capacitatea de vindecare a osului a titanului provine din constanta dielectrică ridicată a oxidului de suprafață, care nu denaturează proteinele. Capacitatea titanului de a se lega fizic de os îl face superior altor materiale care necesită utilizarea adezivilor pentru a rămâne atașați. Implanturile de titan durează mai mult și necesită o forță mai mare pentru a rupe legăturile care le leagă de corp decât alternativele. Proprietățile de suprafață ale biomaterialelor joacă un rol important în determinarea răspunsului celular (adeziunea și proliferarea celulelor) la material. Microstructura titanului și energia de suprafață ridicată îi permit să inducă angiogeneza, care contribuie la procesul de vindecare a oaselor. În funcție de starea sa de oxidare, titanul poate avea multe potențiale standard diferite ale electrodului. Titanul solid are un potențial standard al electrodului Materialele cu potențial electrod standard mai ridicat sunt mai ușor de redus și produc oxidanți mai buni. Titanul solid preferă oxidarea, făcându-l un agent reducător mai bun. Titanul se pasivează în mod natural, formând o peliculă de oxid care devine neuniformă și se polarizează odată cu expunerea la mediul fizic. În timp, aceasta duce la o adsorbție crescută a grupărilor hidroxil, lipoproteinelor și glicolipidelor. Adsorbția acestor compuși modifică interacțiunea materialului cu organismul și poate îmbunătăți biocompatibilitatea. În aliajele de titan, cum ar fi titan-zirconiu și titan-niobiu, ionii de zirconiu și niobiu eliberați din cauza coroziunii nu sunt eliberați în corpul pacientului, ci sunt adăugați la stratul de pasivare. Elementele de aliere din stratul de pasivare adaugă un grad de biocompatibilitate și rezistență la coroziune, în funcție de compoziția inițială de aliaj a metalului gazdă înainte de coroziune. Prin creșterea umectabilității, implantul poate reduce timpul necesar pentru vindecarea osului, permițând celulelor să se lege mai ușor de suprafața implantului. Umidificarea titanului poate fi modificată prin optimizarea parametrilor procesului, cum ar fi temperatura, timpul și presiunea. Titanul având un strat de oxid stabil constând în principal din dioxid de titan are ca rezultat o umecabilitate îmbunătățită a implantului în contact cu fluidele fiziologice.